CHOSUN

고분자 블렌드를 통한 유기 전계효과 트랜지스터(OFET)의 전기적 특성 향상 및 NO2 가스 센서로의 응용

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Author(s)
박래수
Issued Date
2024
Abstract
Improvement of electrical properties of organic field-effect transistor (OFET) through polymer blend and application to NO2 gas sensor Rae-Su Park Advisor : Ph.D./Prof. Jae-Wook Lee Department of Chemical Engineering Graduate School of Chosun University Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) film-based organic field-effect transistor (OFET) gas sensors have attracted considerable attention for their applicability in detecting nitric oxide gas. However, the current devices are limited in their gas sensing capabilities. This limitation stems from the low charge transport properties in the pure P3HT polymer film. In this study, we demonstrate that composites of two types of P3HT polymers, namely Regio-regular (RR) P3HT and Regio-random (RRa) P3HT, can enhance the sensing performance of OFET gas sensors. Additionally, we conducted a systematic investigation into the influence of RRa-P3HT on the gas sensing properties of P3HT film-based OFET sensors by varying the concentration of RRa-P3HT in the composite films. The resulting films were utilized in OFET devices for the detection of NO2 gas at room temperature. In terms of the results, the composite films of RR and RRa P3HT with 10 wt% RRa-P3HT showed a maximum charge carrier mobility of approximately 7.4 × 10−2 cm2 V−1 S−1, which was approximately four times higher than that of RR-P3HT films. The fabricated OFET sensors based on RR-RRa P3HT composite films exhibited significantly improved NO2 gas sensing properties compared to the bare RR-P3HT sensor. The sensor based on the RR-RRa P3HT composite (90/10) films demonstrated the best sensing performance compared to the bare RR-P3HT sensor when exposed to 10 ppm NO2 gas. It exhibited a responsivity of 30976% compared to 5154% for the bare RR-P3HT sensor, and a response time of 1.50 minutes compared to 1.93 minutes for the bare RR-P3HT sensor. These results highlight the significant potential of incorporating RRa-P3HT to enhance the gas sensing properties of P3HT film-based OFET gas sensors.
Alternative Title
Improvement of electrical characteristics of organic field-effect transistor (OFET) through polymer blend and application to NO2 gas sensor
Alternative Author(s)
Rae-Su Park
Affiliation
조선대학교 일반대학원
Department
일반대학원 화학공학과
Advisor
이재욱
Awarded Date
2024-02
Table Of Contents
제1장 서론 1
제1절 연구 배경 및 필요성 1
제2절 연구 목적 4
제2장 이론 5
제1절 유기 반도체 5
1. 유기 반도체 소개 5
2. 화학적 구조 6
3. 전하 캐리어 이동도· 8
4. 광학적 특성 및 형태학적 특성· 11
5. Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) 12
제2절 유기 전계효과 트랜지스터(OFET)· 14
1. Organic field-effect transistor (OFET)의 구조· 14
2. OFET의 작동 원리 15
제3절 OFET 기반 가스 센서 17
1. OFET 기반 가스 센서의 소개 및 원리· 17
2. OFET 기반 가스 센서의 활용 19
제3장 연구 방법· 22
제1절 재료· 22
제2절 실험 방법· 22
1. P3HT 혼합 박막 제조를 위한 용액 공정 22
2. 스핀 코팅을 위한 소자 및 표면 준비· 23
3. 혼합 박막 기반 OFET NO2 센서 조건 확립 및 성능 향상· 24
제3절 분석 및 평가· 26
1. 활성층 박막의 전기적 특성 및 가스 감지 성능 분석· 26
2. 광학적 특성 및 박막 형태학적 특성 평가 26
제4장 서로 다른 위치 규칙성을 가지는 두 개의 Poly(3-hexylthiophene) 공액 고분자를 기반으로 한 고분자 복합 박막의 구조와 전기적 특성에 대한 연구 28
제1절 서론· 28
제2절 이론 전개· 29
1. 재료 29
2. 혼합 고분자 박막 제조 및 OFET 소자 제작· 29
3. 전기적 특성 평가 30
4. 광학적 특성 및 형태학적 특성 평가 31
제3절 결과 및 고찰· 31
1. RRa-P3HT 혼합에 의한 전기적 특성 변화 및 AFM 이미지 분석· 31
2. 혼합 박막의 광학적 특성 및 결정성 분석 36
제4절 결론· 42
제5장 Poly(3-hexylthiophene) 공액 고분자 복합 박막기반 OFET의 NO2 가스 센서의 응용 43
제1절 서론· 43
제2절 이론 전개· 45
1. 재료 45
2. P3HT 혼합 박막 제조 공정 45
3. 전하 캐리어 이동도 46
4. 광학적 특성 및 형태학적 특성 평가 48
제3절 결과 및 고찰· 49
1. Morphology of P3HT blend film· 49
2. Charge carrier mobility of P3HT blend film· 66
3. P3HT based OFET NO2 gas sensor 69
제4절 결론 83
제6장 결과 및 고찰 84
제1절 모폴로지(Morphology)· 84
제2절 OFET의 전하 캐리어 이동도· 85
제3절 OFET 기반 NO2 가스 센서· 85
제7장 결론 88
참고문헌· 89
Degree
Doctor
Publisher
조선대학교 대학원
Citation
박래수. (2024). 고분자 블렌드를 통한 유기 전계효과 트랜지스터(OFET)의 전기적 특성 향상 및 NO2 가스 센서로의 응용.
Type
Dissertation
URI
https://oak.chosun.ac.kr/handle/2020.oak/17933
http://chosun.dcollection.net/common/orgView/200000740953
Appears in Collections:
General Graduate School > 4. Theses(Ph.D)
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  • AuthorizeOpen
  • Embargo2024-02-23
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